PSYCHOFIZJOLOGIA

(04-03-2013)

• Przebieg procesów psychicznych i ich rejestracja na poziomie fizycznym

• Teoria sygnałów

• „Klasyczne pomiary”

• Konduktancja skóry (zmiana przewodności)

• Miary sercowe (wiele parametrów)

• Parametry okulomotoryczne i pupilometryczne

• Elektromiografia (potencjały mięśniowe)

• Respiracja

• Pomiary związany z przewodem pokarmowym

• Pletysmografia (pomiary związane z przepływem krwi)

• Pomiary elektroencefalograficzne (EEG)

• Potencjały wywołane

• Aktywność spontaniczna mózgu

• „Nowsze pomiary”

• Funkcjonalne neuroobrazowanie (fMRI, obrazowanie optyczne)

• Łączność (EEG) - działanie sieci struktur funkcjonalnych w mózgu

• Układ hormonalny i endokrynny

• Układ immunologiczny

• nie więcej niż 50 Hz przy badaniu mózgu EEG (60) - samplowanie jest 3 razy szybsze

• sygnał - przebieg elektryczny obrazujący mierzony parametr

• każda zmienna/zmiana przyjmie postać sygnału

• aktywność poznawcza

• aktywność w relaksie

• aktywność we śnie

• aktywność w głębokim śnie

• x(t) - x od czasu - funkcja czasu (w domenie czasu)

• x(⍵) - funkcja częstotliwości (spectrum/widmo sygnału)

• konwersja analogowo-cyfrowa - sygnał ciągły na postać cyfrową

• współzmienność nie oznacza kauzalności (korelacja nie oznacza związku przyczynowo-skutkowego)

• funkcjonalne znaczenie obserwowanych zmian parametrów fizjologicznych

• korelaty

• markery - wskaźniki pozwalające różnicować grupy; szczególne rodzaje korelatów, pozwalające różnicować pod względem psychologicznym, np. markerów psychopatii

• parametr różnicujący grupy

• rodzaj korelatu różnicujący cechy psychologiczne

• zmienna towarzysząca

• wartości toniczne vs. fazowe

• wartość fazowa - zmiana jakiegoś parametru w odpowiedzi na bodziec; krótka reakcja

• wartość toniczna - poziom bazowy; dłuższa reakcja; tło dla wartości fazowej; nie ma bezpośredniego związku

• zasada wartości początkowej (LIV) - reakcja zależy od poziomu bazowego

(11-03-2013)

• wartości toniczne vs. fazowe

• wartość toniczna - wartość średnia, mierzona w dłuższym czasie, na jej tle pojawiają się wartości fazowe

• zasada wartości początkowej (LIV) - reakcja zależy od poziomu bazowego (np. gdy osoba ma wysoki wyjściowy poziom toniczny reakcje fazowe będą niższe, niż w przypadku niskiego poziomu tonicznego); faktycznie tylko niektóre zmienne wykazują reakcje zgodne z LIV

• równowaga autonomiczna Â

• osoby z zaburzeniami nerwicowo-lękowymi - SNS

• pacjenci z wrzodami - SNS

• poziom lęku przed wystąpieniem - SNS - są osoby bardziej podatne na stres

• analiza zachowania w kontekście celu i intensywności - aktywacja

• rdzeń przedłużony most, śródmózgowie - niespecyficzny układ aktywacyjny; uszkodzenie powoduje nieodwracalną śpiączkę, układ ten dostosowuje organizm do odpowiedniego poziomu wydatkowania energii

• directional fractionation - rozbicie kierunkowe

• specyfika sytuacyjna wzorów parametrów fizjologicznych - aktywacja nie jest pojęciem jednoznacznym, nie wszystkie aktywacje ze sobą korelują

• Aktywacja:

• Autonomiczna - zw. z układem wegetatywnym

• Behawioralna - można ją zaobserwować

• Korowa - można badać EEG, fMRI

• aktywacja vs arousal - zwykle traktowane zamiennie, wg niektórych aktywacja dot. charakterystyki tonicznej, a arousal dot. charakterystyki fazowej

• układ autonomiczny/wegetatywny (ANS) - jako pierwszy był badany w laboratorium, steruje funkcjami życiodajnymi, w rdzeniu przedłużonym znajdują się ośrodki podtrzymujące życie; 2 rodzaje: sympatyczny (głównie pobudzający), parasympatyczny (głównie hamujący); gromadzeniem energii zajmuje się układ parasympatyczny, a jej wydatkowaniem poprzez działanie - sympatyczny; w tychże układach występują włókna przedzwojowe i zazwojowe; większość narządów jest zaopatrywana przez oba systemy

• funkcje:

• rozszerzenie (S) lub zwężenie (P) źrenicy

• pobudzanie (P) lub hamowanie (S) ślinianek do wydzielania śliny

• przyspieszanie (S) lub hamowanie (P) czynności serca

• rozkurczanie (S) lub zwężanie (P) oskrzeli

• wzrost (S) lub spadek (P) tętna

• pobudzenie seksualne (S) lub orgazm (P) etc.

• OR (orienting response) - reakcja orientacyjna - każdy nowy bodziec wywołuje jakąś reakcję, największa reakcja na bodźce nowe, intensywne, znaczące, wyróżniające się, zaskakujące, niespójne, konfliktowe, brakujące; mechanizm porównywania bodźca z reprezentacją pamięciową; różne zmienne autonomiczne odpowiadają za różne aspekty przyjmowania informacji

• Każda rejestracja nowego bodźca powoduje rekcję serca ECR1, która się nigdy nie habituuje

• Teoretyczna podstawa reakcji skórnej:

• Funkcjonalne systemy sterujące gruczołami ekranowymi:

• Energetyczna aktywacja

• Termoregulacja

• Lokomocja

• Emocje

• Funkcja emocjonalna: przede wszystkim powierzchnia dłoni i stóp; kontrola:

• ARAS - energetyczna aktywacja

• Hypothalamus - termoregulacja

• Kora motoryczna - lokomocja

• VMPFC, układ limbiczny, zakręt obręczy - emocje

• Pomiar endogenny vs egzogenny (źródło prądu pochodzi z zewnątrz)

• Pomiar EDA - przewodnictwo skóry jednostki: konduktancja (przewodność skóry) - us (umho), rezystancja - Ohm; nie mierzymy potencjału skóry, więc nie możemy mówić o referencji, mierzymy opór skóry, jej rezystancję, bo napięcie jest zero

• Konduktancja jest tym większa, im większa aktywność, więc konduktancja jest odwrotnością rezystancji

• Zmiany toniczne vs fazowe

• SCL - poziom toniczny konduktancji skóry - SPR

• SCR - poziom fazowy konduktancji skóry - SPL

• Reakcje spontaniczne - wynikające z aktywności os. bad. będącej poza kontrolą eksperymentalną, liczba fluktuacji jest w miarę stała dla danej osoby

• Ogólny toniczny poziom pobudzenia a EDA:

• Muzyka

• Sceny przemocy z komentarzem

• Erotyczne treści

• Vigilance - przedłużająca się uwaga, gdy trzeba wyłapywać pojawiające się w różnej częstotliwości bodźce

• Uczenie się a poziom EDA:

• Większe zaangażowanie - wyższy SCL - lepsze odpamiętanie

• B. trudny materiał - spadek SCL - rezygnacja

• Większe SCR na bodźce będące materiałem do uczenia - lepsze zapamiętywanie, słowa emocjonalne/nieemocjonalne

• EDA i pobudzenie emocjonalne:

• W wielu przypadkach możliwy brak specyfiki Walencji

• Bodźce emocjonalne (Jung)

• Muzyka

• Parametry EDA mogą być użyte do określania emocjonalnej wartości bodźca

• Motywacja i szybkość połowiczna zaniku SCR przy większej motywacji jest większa

• Percepcja/rozpoznawanie twarzy:

• SCR większe dla twarzy znajomych, również u osób z prozopagnozją

• Warunkowanie SCR można uzyskać przy bodźcach subliminalnych

• Reakcja skórna jest niespecyficzna - nie da się różnicować bodźców neg. i pozyt.; jest kontrolowana tylko przez część sympatyczną układu autonomicznego

• V - brzuszno

• M - przyśrodkowa

• PF - prefrontal - przedczołowa

(08-04-2013)

• Odkrycie EEG - Canto, 1875 r.

• Rejestracja na powierzchni czaszki - Beck, 1890 r.

• Pierwszy opis desynchronizacji fal mózgowych - badania na zwierzętach; na człowieku po raz pierwszy Berger (na swoim synu).

• System 10-20; oznaczanie elektrod:

• F - frontal (czołowe)

• P - parietal (ciemieniowe)

• T - temporal (skroniowe)

• O - occipital (potyliczne)

• C - central (centralne/środkowe)

• A - auxiliary (peryferyczne?)

• R - parzyste

• L - nieparzyste

• Z - centralne

• To, co rejestrujemy, to nie są potencjały czynnościowe, ale potencjały presynaptyczne (gdy w neuronach tworzy się napięcie). Na sygnał EEG składają się komórki piramidowe w korze.

• Stosuje się 2 systemy referencji:

• Linked Mastoid (LM) - średnia z mastoidów

• Averanged Ref - poziom 0 wyznacza średnia ze wszystkich elektrod

• Kiedyś, dawno temu, używało się jako referencji punktu CZ

• ECG - pomiar na powierzchni kory mózgowej.

• ERP - potencjały wywołane.

• Rozdzielczość przestrzenna jest słaba, bo mamy skórę, czaszkę, opony… dopiero mózg!

• Rozdzielczość czasowa - Volume Conductance - tkanka jest przewodnikiem, wszystkie elektrody zbierają dany sygnał, ale im bliżej są sygnału, tym on jest silniejszy.

• Są 2 główne grupy analiz EEG:

• Toniczna - bierzemy duży kawałek sygnału i traktujemy go jako całość, nie rozkładając na sekundy.

• Fazowa - ważne są punkty czasowe w zapisach, analiza potencjałów wywołanych, w przeciągu sekund.

• α: 8-12 Hz

• β: 13-30 (15-25) Hz

• filtr: 0,1-0,2 Hz/30-45 Hz - odliczamy te częstotliwości.

• Filtrowanie - im mocniejszy filtr, tym bardziej prawdopodobne, że pojawi się coś, czego wcześniej nie było.

• Transmitacja filtra - przepuszczalność filtra.

• Filtrowanie należy robić na samym początku przed pocięciem sygnału, bo każda nieciągłość sygnału może wywoływać wynikające z filtra artefakty.

• Aktywność toniczna (spontaniczna): alfa, beta, theta, delta.

(22-04-2013)

• Beta 13-30 Hz

• Alfa 8-13 Hz

• Theta 4-8 Hz

• Delta 0,5-4 Hz

• Decybel jest stosunkiem 2 różnych miar. 10 decybeli = 1 bela. Decybele są miarą relatywną, tzn. w relacji do czegoś, np. 10 decybeli oznacza, że coś jest 10 razy większe.

• Theta - 3-7 Hz, heterogeniczny funkcjonalnie, wiele generatorów, tradycyjnie związany ze spadkiem czynności.

• FM Θ- frontal midline theta - wiele rodzajów zadań poznawczych, pamięć, uwaga. W pamięci roboczej wyraźnie zsynchronizowany z aktywnością gamma.

• Alfa - 8-12 Hz, synchronizacja przez generatory we wzgórzu, źródło też w korze, zamknięte oczy, tradycyjny marker dezaktywacji korowej (α lub α/β). Blokowanie alfa: otwarte oczy, aktywność umysłowa, senność/sen.

• Beta - 13-30 Hz, aktywacja korowa, emocje. Beta 1/2/3.

• Gamma > 30 Hz - typowa do 50-60 Hz, pamięć, percepcja (feature binding 40 Hz), wzrost gammy przy wszystkich zadaniach mentalnych.

• Laterality Coeficient (LC)

• LC = L-R/L+R - miara lateralizacji.

• Windowing w analizie FFT - wygładzenie schodków (ok. 5% z każdej strony). Sygnał dzielony jest na 2-sekundowe fragmenty i po wycięciu artefaktu liczymy FFT od każdego 2-sekundowego odcinka i średnia tych małych odcinków jest równa średniej całego większego odcinka, który analizowaliśmy.

• Technika jakiegoś kogoś na G?

• Independent Component Analysis - wychwytuje i eliminuje w EEG sygnały z innych, niezależnych źródeł. Liczy, jak się ma poziom sygnału na poszczególnych elektrodach do źródła sygnału. W wyniku daje coś, co zwiemy komponentami. Są to niezależne źródła sygnału. Ale ICA jest ślepa, nie zna lokalizacji elektrod.

• Event Related Desynchronization (ERD) - jeśli alfa znika to oznacza desynchronizację, a gdy się pojawia - synchronizację. Analizuje jak ilość fal mózgowych zmienia się w czasie.

• Oczy otwarte i oczy zamknięte:

• Najpierw trzeba wybrać referencję, w której zapisywaliśmy dane;

• Kanał 41 - eventy;

• Ostatnie 2 kanały danych: 40 i 39 - elektrody referencyjne na mastoidach;

• Epoki - odcinki, na które dzieli się sygnał (l.poj. epok).

• Theta - od 3 Hz, gamma - do 45 Hz.

• Analiza Fouriera (FFT) - średnia małych odcinków jest równa średniej większego odcinka.

• Oczne kanały EX nie wchodzą do analizy.

(06-05-2013)

• Metody klasy COHNETCOME - analiza spontanicznego EEG:

• COH (koherencja) - liniowa miara synchronizacji między poszczególnymi elektrodami;

• Wady:

• Nieodporna na volume conductance

• Metoda univariate - kwestia istotności statystyk

• Brak wykrywania zależności czasowych

• Symetryczna

• Wskazuje wszystkie zależności

• Koherencja - mierzyła synchronizację między poszczególnymi elektrodami; synchronizacja jest niemal zupełna w trakcie ataku epileptycznego

• pCOH. - partial Coherence

• DTF - Direct Transfer Function - na podstawie analizy wcześniejszego sygnału pozwala przewidzieć, co będzie potem; porównania te pozwalają też oszacować, czy to, co dzieje się na 1 elektrodzie wpływa na to, co dzieje się na innej - funkcjonalne powiązanie między obszarami w mózgu

• EcoG - elektrokortykografia

• ERPy mają amplitudę daleko mniejszą niż szum

• Szum biologiczny - pozostała aktywność mózgu

• Szum pomiarowy

• Trial - powtórzenie danego bodźca

• Komponenty:

• Egzogenne - wpływ map na cechy fizyczne bodźca, ich charakterystyka zależy od charakterystyki bodźca

• Endogenne - procesy umysłowe wpływają na nie, np. uwaga zwrócona lub cele na dany bodziec

(13-05-2013)

Komponenty:

• egzogenne - wczesne potencjały sensoryczne [milisekundy], automatyczne przetwarzanie informacji, potencjał wzrokowy - egzogenny

• poziom 0 - to, co jest przed bodźcem; mózg jeszcze nie reaguje/brak reakcji mózgowej [najbliżej osi, płasko]; (ERPy wyrównane do osi Y)

• komponent wzrokowy (C1) pojawia się jeszcze przed setną milisekundą, nie wpływają na niego nasze motywacje, cechy osobowości, uwaga, wpływa na niego nasz hardware, dość rzadko się go analizuje

• endogenne - większość komponentów wykazuje endogenność

• ten sam bodziec wizualny - na jeden zwraca się na uwagę, inny ma się ignorować - różnice w amplitudzie między bodźcami - skutki psychologiczne (motywacyjne)

• standard - bodziec, który pojawia się często

• deviant - bodziec, który pojawia się rzadko

• uwaga modyfikuje stronę, na którą zwracamy uwagę, ale nie stronę, którą interesujemy

• walencja bodźców - jakie są? [przyjemne, nieprzyjemne, przerażające etc.]

• na jakim etapie przetwarzana jest valencja bodźców?

• zależy od rodzaju bodźca, czy jest pierwotny, jak wąż/pająk, czy wyuczony

• technika potencjałów wywołanych może pomóc w odpowiedzi na powyższe pytanie

• mapki pokazują, gdzie pojawia się potencjał [jest rozlany, nie pojawia się tylko w jednym miejscu]

• najbardziej aktywne miejsce wcale nie musi być miejscem najbardziej odpowiedzialnym za daną reakcję - trzeba być ostrożnym we wnioskowaniu o lokalizacji na podstawie mapowania

• ograniczenia techniki ERP(ów):

• pewność i precyzja lokalizacji

• brak możliwości powtórzenia triali; musimy uśredniać triale

• adaptacja - straszne obrazki najbardziej przerażają za pierwszym razem, później coraz mniej, ale bierzemy pod uwagę wszystkie reakcje i uśredniamy

• brak odniesienia do konkretnego punktu czasowego

• adaptacja? - potrzeba badania nowych bodźców

• ruchy głowy, mowa - silne zakłócenia od mięśni języka

• Visual C1 (65-90 ms) [bodziec C1]

• komponent wzrokowy, egzogenny, przeduwagowy

• zauważalny przy stosunkowo intensywnych bodźcach

• powstaje w 1-rzędowej korze wzrokowej (stricte cortex BA17)

• polaryacja różna w zależności od lokalizacji bodźca (dolna/górna połowa pola widzenia)

• ważne jest do której połowy pola prezentujemy bodziec [górne/dolne] - różny pik - dodatni/ujemny wykres w zależności od tego, co wyżej, a co za tym idzie, aktywuje się inna część kory wzrokowej

• uwaga jednak odrobinę zmienia, bo dużo zależy od naszego nastawienia

• system top-down - utrzymuje najważniejszą rzecz w centrum uwagi; skupiamy się na tym, co mówi Mirek na wykładzie, zamiast na pierdołach

• system bottom-up - reaguje na rzeczy nagłe, emocjonalne, niespodziewane

• Visual P1 (ok. 80-130 ms) (P100)

• powstaje w korze wzrokowej wyższego rzędu

• maximum kontrlateralnie do strony prezentacji bodźca [połowa nerwów wzrokowych się krzyżuje]

• komponent mezogenny (czuły zarówno na charakterystykę fizyczną bodźca, jak i na uwagę)

• „koszt uwagowy” (Luck) - dekrement P1 proporcjonalny do kosztu przeniesienia uwagi

• po P1 pojawia się N1

• bardziej z boku

• wpływ top-down - przykład z reagowaniem na zdjęcia pająków - gr. z arachnofobią, która się spodziewa takich zdjęć i grupa kontrolna, która się nie spodziewa

• Visual N1 (150-200 ms)

• każdy bodziec wzrokowy

• manipulacja uwagą zmienia wielkość N1 ↑

• widoczny również (słabsza amplituda), kiedy uwaga jest odwrócona

• analiza percepcyjna związana z selektywną uwagą

• ↑ processing effort (zadania związane z większą uwagą/wysiłkiem)

• ↑ intensywność bodźca

• ↑ emocjonalne vs neutralne

• latencja spada wraz z intensywnością

• „benefit uwagowy” - inkrement wskazuje zysk z poprawnie zaalokowanej uwagi

• bardziej na środku (oddala się od kory wzrokowej)

• N170

• analog N1 widoczny przy przetwarzaniu twarzy (zakręt wrzecionowaty)

• słabszy - inne złożone obiekty wymagające precyzyjnej analizy percepcyjnej

• nieczuły na cechy twarzy (np. ekspresja emocjonalna)

• istotne jest znaczenie bodźca

• auditory N100 (80-120 ms) FC

• słuchowy - zakręt Heschla

• częściowo przeduwagowy

• każdy nieoczekiwany bodziec, nie musi mieć znaczenia

• nie pojawia się na dźwięki oczekiwane, na dźwięki własnej mowy

• amplituda spada wraz z przewidywalnością

• czuły na parametry fizyczne bodźca

• wykazuje pewne zmiany związane z zaangażowaniem uwagi

• komponent mezogenny

• MMN (Mismatch Negativity)

• reakcja na dewiant (rzadko występujący bodziec)

• również na ominięcie bodźca (inaczej niż N100)

• latencja dłuższa niż N100

• nie wynika z bezpośredniej stymulacji, ale związany z oczekiwaniem, bodźcem odtwarzanym z pamimęci

• P200/P2

• VEP (wzrokowe), AEP (słuchowe), latencja 150-275 ms

• fronto-central oraz parieto-central

• PAMIĘĆ: porównywanie bodźca z wzorcem w pamięci (operacyjnej) - amplituda większa na poprzednio widziane. P2 spada gdy wzrasta prawdopodobieństwo wystąpienia bodźca

• JĘZYK: niższa amplituda frontalnie dla słów gorzej później opamiętanych; prezentacja prawostronna (LH) amplituda zależna od P słów w zdaniu (kontekst) - P2 większe dla zakończeń zdań o niskiej zawartości informacyjnej

• UWAGA: odzwierciedla procesy selektywnej uwagi (supresja nieistotnych elementów, zawężanie pola przeszukiwania) - większe P2 gdy przeszukiwanie jest bardziej efektywne, brak wpływu na latencję; detekcja cech (np. kolor, orientacja, kształt etc.)

• N200/N2

• rodzina negatywnych komponentów N2a, N2b, N2c

• N2b

• bodziec różniący się od wzorca, związany z inhibicją reakcji, próbami konfliktowymi (chcemy wykonać 1 reakcję, a okazuje się, że należy wykonać inną), monitoringiem błędów, niezgodnością z oczekiwaniami

• przechodzimy z percepcji na behavior

• może wyrażać koszt wstrzymania/zmiany przygotowywanej już reakcji behawioralnej

• np. Eriksen flanker task, Bo/No-Go N2b rośnie dla triali niekompatybilnych/ związanych z wstrzymywaniem reakcji

• P300

• koreluje ze wszystkim

• P3a

• max - e. frontalne i centralne

• latencja 250-280 ms

• reakcja orientacyjna na nowy bodziec (uwaga orientacyjna/mimowolny bottom-up przyciągniecie uwagi wskutek zmiany w otoczeniu)

• reaguje na pojawienie się nowego bodźca

• związany z reakcją orientacyjną,

• podlega habituacji

• bardziej z przodu

• A ~

• podlega habituacji

• P3b (250-500 ms)

• późniejszy

• bardziej z tyłu

• związany ze znaczeniem bodźca

• latencja ok. 300 ms

• planowanie akcji

• pojawia się szybciej, jeśli akcja jest łatwa do wykonana

• pojawia się, jeśli potrzebna jest reakcja, kiedy trzeba coś robić (np. liczyć)

• ERN - Error Related Negativity - pojawia się, kiedy wiemy, że popełniliśmy błąd

• FRN - Feedback Related Negativity

• związany jest z popełnionym błędem (np. błędna reakcja)

• świadoma konstatacja błędu

• N400

• `cloze probability'

• słowa o wysokiej frekwencji

• komponent `semantyczny' - kontekst

• indykator łatwości dostępu do pamięci semantycznej [?]

• wiązanie WM z Sem Mem - proces przypisywania znaczenia kontekstu

• procesy pre-semantyczne [?]

• ok. 400 ms, wiązanie słowa z kontekstem

• N600

• komponent `syntaktyczny'

• niezgodności gramatyczne

• LPP (Late Positive Potential)

• LPC (Late Positive Complex)

• latencja od ok. 300-500 ms

• może się utrzymywać do kilku sekund

• wyższa amplituda dla bodźców emocjonalnych (POS, NEG) niż neutralnych

• CNV (Contigent Neg Variation) (Walter, 1964)

• związany z przygotowywaniem do reakcji motorycznej

• między bodźcem ostrzegawczym (WS) a wymagającym reakcji (IS)

• symetryczny

• czuły na zależności między WS a IS

• RP (Readiness Potential/Bereitschaftspotential) (Kornhuber, 1965)

• LRP (Lateralized Readiness Potential)

• związany z ruchami dowolnymi

• rejestrowany ponad korą motoryczną

• zlateralizowany - max. kontrlateralnie do uruchamianej kończyny

• widoczny kilkaset ms (nawet 1,2 sek) przed wykonaniem ruchu

• badania nad wolą (Libet) - badany miał naciskać przycisk, kiedy jej się zechce i proszono, aby zapamiętała ten moment - okazało się, że moment rejestrowania chęci był późniejszy niż moment, w którym można było zarejestrować RP - zanim sobie zdamy sprawę, że coś chcemy, w mózgu już zachodzi proces na poziomie nieświadomym, że czegoś chcemy, później następuje uświadomienie i reakcja motoryczna - poczucie wolnej woli nie jest świadome, wynika ono z nieświadomych procesów - wolna wola jest iluzją

• najnowsze wyniki - przy użyciu EEG + fMRI - pewne przewidywania dużo powyżej progu prawdopodobieństwa, kiedy komuś się zachce nacisnąć można zarejestrować już kilka sekund przed wykonaniem reakcji

• osoby lękowe będą miały silniejszy komponent N170 przy oglądaniu nieprzyjemnych twarzy (pojawiają się 2 centra z tyłu)

• modelowanie źródeł (source modeling)

• forward problem →

• physiological source eletctrical current

• body tissue volume constructor

• observed potential or field

• ← inverse problem

• EEG or MEG

• inverse problem - określenie na podstawie tego, co na powierzchni czaszki, co zachodzi w środku; jak z rozkładu potencjałów dowiedzieć się, jakie źródło odpowiada za dany fragment

• forward problem - na podstawie fragmentu źródła wyliczamy to, co jest na czaszce

• podstawą modelowania jest założenie, że 1 fragment kory jest źródłem, generującym potencjał elektryczny

• neurony są raczej równolegle ułożone wobec siebie, powstaje dipol (łączny potencjał, pole elektryczne)

• zakłada się, że fragment kory generuje 1 dipol (powstający z małych dipolików)

• jakiś proces zajmuje fragment kory, zlokalizowany w jakiś sposób tworzy dipol, który możemy na powierzchni zobaczyć

• ECD (Equivalent Current Dipol) - równoważny dipol dla obserwowanego rozkładu potencjału na powierzchni

• nie należy bezgranicznie ufać mapom

• wskutek podobnego naładowania komórek powstaje dipol

• nieskończona ilość kombinacji daje na powierzchni taki sam rozkład potencjałów

• ale! Jesteśmy w stanie skonstruować model, który ograniczy nam ową nieskończoną ilość kombinacji

• modelowanie parametrów elektrycznych tkanek głowy

• BEM - standardowy 4-warstwowy Boundary Element Model oparty o atlas MNI - modeluje całą głowę na podstawie małych figur geometrycznych

• metoda iteracyjna - inverse solution (Slotnick, 2005)

• dopasowanie modelu - procedura iteracyjna

• minimalizacja sum kwadratów błędów między danymi i modelem poprzez dopasowanie parametrów modelu (lokalizacja dipola, orientacja, wielkość, czas)

• im niżej jesteśmy, tym większy błąd - schemat inverse solution (oś pionowa - % of sources with DLE, oś pozioma - liczba elektrod)

• ESM (Equivalent Source Modelling) - możemy otrzymać dipol - nałożenie dipola na 3-wymiarowy obraz mózgu; koordynaty dipola podaje się w standardowych współrzędnych mózgu

• co z lokalizacją efektów?

• dipole fitting (DIPFIT, BESA)

• kora najlepiej nadaje się do modelowania; w inny strukturach pojawia się dużo błędów

• LORETA (Low Resolution EEG Tomography) - Distributed Source Modelling - plama w przestrzeni zamiast punktu; lorety to plamy; jakby nie było dipole nie jest jakimś punktem, ale raczej plamą

• fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging)

• funkcjonalny, bo staramy się zobaczyć zmiany w funkcji neuronów i ich pracę

• w fMRI mamy miarę pośrednią - liczymy przepływ krwi, który wiążemy z pracą neuronów

• daje możliwość precyzyjnej lokalizacji struktur; dokładny obraz konkretnej głowy konkretnej osoby

• pozwala na poznanie zmian w funkcjach neuronów i zobaczenie neuronów, które pracują

• w normalnym rezonansie - obraz strukturalny, bez przepływu krwi

• neurony, które są aktywne będą potrzebowały więcej tlenu (potrzebują go, kiedy się rozładowują i wracają do potencjału spoczynkowego), dostarczanego we krwi, dzięki hemoglobinie, która go przenosi

• różnice w aktywności neuronów będą się w jakiś sposób uzewnętrzniać przez różne parametry przepływu krwi

• Roy i Sherrington - lokalna aktywność neuronalna będzie się odbijać w różnym przepływie krwi/ma związek z lokalnymi zmianami przepływu krwi i metabolizmem - na tej idei opiera się idea fMRI (1890)

• liczymy, że przepływ krwi będzie się wiązał z aktywnością neuronów, ale jest to pośrednie, nie jest to aktywność neuronalna sama w sobie

• zmiany ciśnienia w korze wzrokowej - 1sze neuroobrazowanie

• wzrost aktywności neuronalnej - wzrost przepływu krwi - wzrost utlenowanej i nieutlenowanej krwi - zmiana w magnetycznych właściwościach - zmiana w źródle sygnału

• fMRI vs EEG

• rozdzielczość czasowa (słaba, ale rośnie); 0,5 s/1 s

• rozdzielczość przestrzenna (doskonała i coraz lepsza)

• źródło sygnału

• EEG - bezpośrednia miara

• fMRI - pośrednia

• warunki eksperymentalne (spora wada - koszt sprzętu, niekomfortowe warunki (odbiegające od naturalnych) - leżenie w rurze w bardzo dużym hałasie; przy klaustrofobii - nie ma szans)

• pewne eksperymenty z emocjami, wzbudzaniem motywacji nie bardzo wychodziły

• ucieleśnienie emocji - wchodzą w to sygnały z ciała, więc wzbudzenie pewnych emocji/motywacji u osoby, która leży w rurze nastręcza problemów

• NIRS - technika oparta o strektoskopię - też wiąże się z przepływem krwi jak w fMRI, ale bada się to jak EEG, czyli przy użyciu czepka; potrafi skanować tylko korę; światło laserowe przenika przez czaszkę i odbija się od naczyń krwionośnych, dzięki czemu obraz jest dokładny (wygląda jak fMRI, tyle że tyczy nie tylko kory, a nie żadnych głębszych struktur)

• sygnał z fMRI bierzemy z odpowiedzi hemodynamicznej - przeływ krwi + utlenowanie krwi - nie zaś z bezpośredniego odbicia aktywności neuronalnej; odpowiedź hemodynamiczna utrzymuje się dłużej niż bodziec; odp. rezonansu jest opóźniona od aktywności neuronalnej

• inaczej niż w EEG, sygnał w fMRI nie jest bezpośrednim odbiciem aktywności neuronalnej - odpowiedź hemodynamiczna, więc fMRI reaguje z opóźnieniem i utrzymuje się dłużej niż bodźce

• po 2 sek od bodźca pojawia się odpowiedź hemodynamiczna - jest mniejsza/większa, a zależy to od czasu wyświetlania bodźca

• krótki bodziec - krótka odpowiedź, długi bodziec - długa odpowiedź

• rapid mixed trial - nie czekamy z kolejnym bodźcem aż odpowiedź hemodynamiczna spadnie

(20-05-2013)

• sakkady - szybkie ruchy oczu; na zapisie prostokątne; będące zobrazowaniem `skanowania' obrazu przez oczy

• komponenty - wynik otrzymany przy pomocy procedury ICA, sygnał z niezależnych elektrod

• sama procedura ICA jest ślepa, nie wie gdzie są umieszczone poszczególne komponenty

• komponent wyraźnie się odbija, jeśli przyjmuje barwę niebieską/czerwoną

• kropki na schemacie oznaczają elektrody

• jeśli komponent jest mózgowy, pojawia się na schemacie rozlany - odbierane przez kilka elektrod, jeśli coś jest odbierane przez 1 elektrodę oznacza jakieś zakłócenie

• mastoidy - referencja - kanały 39 i 40

• jak nie ma już blinków i kaskad to możemy sobie robić ERPy

• N400 - odkryli go Kutas i Hillyard

• The pizza was to hot to … eat! - Kutas i Hilyard

• N600 - component syntaktyczny, niezgodności gramatyczne

(03-06-2013)

• elektromiografia - aktywność elektryczna mięśni szkieletowych

• mięśnie poprzecznie prążkowane

• unerwienie

• mięśnie gładkie - AUN

• mięśnie prążkowane - OUN

• każdy motoneuron odpowiada za unerwienie kilku włókien mięśniowych, ale każdy mięsień jest unerwiany tylko przez motoneuron

• jednoczesne pobudzanie wielu włókien mięśniowych

• precyzyjne działanie mięśni

• mięśnie ipsi- i kontr- lateralne

• układ piramidowy i układ pozapiramidowy

• toniczny poziom spoczynkowy - pod kontrolą układu pozapiramidowego, który też doprecyzowuje ruchy i bierze udział w odruchach

• 1 neuron i grupa mięśni = 1 włókno/3 włókna mięśniowe / 1 włókno/3000 włókien

• siła skurczów mięśni wynika z działania synapsy nerwowo-mięśniowej

• acetylocholina - neurotransmiter zawsze wydzielany w złączach nerwowo-mięśniowych

• im częściej występuje wyładowanie elektryczne, tym większa siła skurczu

• elektromiografia (EMG) - pomiar rozchodzących się impulsów nerwowych, mierzony na powierzchni skóry

• im wyższy poziom pobudzenia mięśni, tym szybszy czas ich reakcji

• EMG

• odzwierciedla zmiany w polu elektrycznym wywołane przez mięśniowe potencjały czynnościowe

• część pobudzenia dociera do kory

• do czego służy pomiar EMG?

• pomiar napięcia mięśniowego:

• choroby psychosomatyczne,

• stres

• przygotowanie i przebieg aktywności motorycznej:

• aktywność mięśni kończyn,

• mowa bezgłośna,

• wyobrażenia

• mimika twarzy:

• ekspresje emocjonalne,

• obciążenie poznawcze,

• subtelne ekspresje mimiczne

• niskie pobudzenie może być za małe, żeby zobaczyć widoczny ruch, ale może zostać zarejestrowane

• EMG:

• częstotliwość: 5-500 Hz

• amplituda: 1-1000 mV [mikroVolty]

• możliwość korekcji okulograficznej oraz identyfikacji i usuwania artefaktów motorycznych z zapisu EEG

• wyładowanie na złączu nerwowo-mięśniowym - pojedyncze, krótkie piki

• emocje negatywne angażują więcej mięśni

• emocje i EMG mięśni twarzy

• corrugator region

• ściągnięcie brwi

• afekt negatywny

• zygomatic region

• „mięsień uśmiechu”

• afekt pozytywny

• EMG i aktywność poznawcza

• głębokość przetwarzania informacji silnie związana z aktywnością mięśni wokół ust, a nie z aktywnością mięśni czołowych i przedramienia

• im trudniejsze i bardziej abstrakcyjne zadanie do wykonania, tym silniejsza aktywność mięśni mimicznych wokół ust - np. Cacioppo i Petty (1979, 1981)

• EMG i mowa bezgłośna

• w trakcie cichego mówienia, liczenia, czytania wyraźnie podwyższona aktywność mięśni mimicznych wokół ust (usta, wargi, język, podbródek)

• EMG i mikroekspresje

• wykrywanie kłamstwa na podstawie aktywności mięśni wokół ust

• mikroekspresje - niewolicjonalne, trudno nad nimi zapanować

• BCI - Brain-Computer Interfaces

• rozpoznawanie wzorców aktywności mózgu (EEG), w celu sterowania urządzeniami

• nowa dziedzina, dobrze rozwijająca się, coraz bardziej zaawansowana

• pierwsze aplikacje - Biofeedback

• ciągły pomiar wybranego parametru fizjologicznego z jednoczesną informacją dla osoby badanej

• autonomiczne (HR, temperatura, ciśnienie krwi)

• napięcie mięśniowe

• możliwość warunkowania sprawczego reakcji autonomicznych

• pomocne przy radzeniu sobie z zaburzeniami lękowymi

• zastosowania Biofeedbacku:

• relaksacja

• stany napięcia

• ból chroniczny

• ADHD

• rozszerzenie idei biofeedbacku - analiza aktywności EEG

• pierwsze metody analityczne oparte o toniczne miary spektralne np. kontrola mocy fal w poszczególnych zakresach

• theta - koreluje ze stresem i napięciem emocjonalnym

• alfa - zmniejsza się przy zaangażowaniu poznawczym, wyobrażeniach, stymulacji sensorycznej

• beta - intensywna aktywność mentalna

• mu [nad korą motoryczną, 9-11 Hz] - zmniejsza się przy ruchu i intencji ruchu; Wolpaw i McFarland używali sygnału Mu i Beta do kontroli kursora 2D

• BCI

• nieinwazyjne (EEG)

• inwazyjne (ECoG - elektrokortykografia) - zapewniają b. dobrą jakość sygnału - pomiar bezpośredni - wymaga otwarcia głowy

• preprocessing

• problem wariancji wzorców między osobami - różne u różnych osób przy takich samych intencjach [np. wyobrażenie sobie poruszenia lewą nogą]

• zwykle wymagany trening - uczenie maszynowe (machine learning)

• zadanie: znaleźć takie parametry, które pozwalają zaklasyfikować trial do danego stanu - wartość predyktywna modelu

• typowy model BCI

• preprocessing sygnału

• wyodrębnienie istotnych własności

• predykcja